CN204877787U - 全方位导流无轴风力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种全方位导流无轴风力发电装置，包含一个以中心点向外辐射安装的漩涡状中空无轴轮叶(107)、一组围绕该轮叶安装的漩涡状导流板组合(104)、一组作为该导流板组合支撑的水平隔流板装置(101，102，103)、一个位于中空无轴轮叶的上方的发电单元(105)、一个位于中空无轴轮叶下方的发电单元(106)、数个单独对漩涡状导流板组合内每块导流板进行转向的控制电机(108)、一个根据风速及发电单元电压变化而自协调控制电机转向的集成计算器(109)、数个围绕水平隔流板装置安装的可透风安全栅格装置(110)。漩涡状导流板可保护中空无轴轮叶不受逆风阻力影响而降低发电效能。中空无轴轮叶可使风力发电装置能将来流进行二次利用。

Description

全方位导流无轴风力发电装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电的技术领域，具体涉及一种可单独或阵列安装在地表或海面上各种有风场所的、以外部导流板组合辅助内部无轴转动轮叶的风力发电装置。

背景技术

目前，公知的风力发电技术是水平轴叶片风轮机，垂直轴直片式H形、弧片式S形风轮机等，通过风力直接推动叶片运行，流过之风能亦只能作用一次。水平轴风轮叶片垂直于风向运转，其扫掠面积与叶片接收风能之面积比，相对是偏低的，比对垂直轴，叶片垂直于风向水平运转，其工作面积与作用面积之比虽有提升，但水平回转时叶片、连杆因逆风阻力做成部份风能被抵消，而由于两种风轮机转动轮叶都外露，难免对雀鸟做成危害，影响自然生态环境。

参阅图6，现有风力发电装置1包括一端固设于地面的支撑架11、一枢设于该支撑架11另一端的风扇12、及一与该风扇12电连接的发电机组13。该风扇12具有一三片螺旋桨形的扇叶121。

所述扇叶121因承受风力而转动，而该发电机组13则将所述扇叶121转动时的动能转换为电能，达到以风力发电的功效。然而，现有风力发电装置1整体的体积庞大，并不适合安装于高楼林立的都市中，而且现有风力发电装置1的风扇12无法随风场改变方向，无法随时受不同方向的风力吹拂而转动导致发电效率不稳定。

现有风力发电装置均需要庞大的体积来达到需求风力发电量，由于大体积，影响了风力发电装置的安装场所比较局限，而且难以和都市建筑及居住房并存而不对其周边景观造成破坏或污染。

综上所述，现有风力发电装置存在体积庞大、占地面积大、风能可用比率偏低、发电启动要求风力较高、破坏景观、运作产生噪音、伤害周边生态等多种技术限制，以致风力发电难以普及到每家每户，而只能应用在广阔的平原或某些特定的风区，无法广范围应用。现存风力发电设备的製作成本高昂，且维修率高，机体及零件难以回收应用，无法在应用上达到更高效益。本实用新型突破目前风力发电装置的技术瓶颈，使几乎任何区域都能装设风力发电设备，并且更有效地将地球上的风力资源加以应用。

实用新型内容

为了克服现有风力发装置的风能利用率偏低，转动轮叶外露，来流风能只作用一次，及轮叶逆风阻力等问题，本实用新型提供一种风能转为机械能带动发电机发电的风力发电装置，其转动轮叶是内藏于固定的全向导流板組中间。

本实用新型的目的是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型所述的风力发电装置其中包含一个以中心点向外辐射安装的漩涡状中空无轴轮叶(107)、一组围绕该轮叶安装的漩涡状导流板组合(104)、一组作为该导流板组合支撑的水平隔流板装置(101，102，103)、一个位于中空无轴轮叶的上方的发电单元(105)、一个位于中空无轴轮叶下方的发电单元(106)、数个单独对漩涡状导流板组合内每块导流板进行转向的控制电机(108)、一个根据风速及发电单元电压变化而自协调控制电机转向的集成计算器(109)、数个围绕水平隔流板装置安装的可透风安全栅格装置(110)。

所述的风力发电装置为规则多边形结构，可以多种方式水平及垂直贴合，使之能因应不同环境组合安装；整个装置的外框是由上下两块水平隔流板(101,103)加上垂直支撑条(102)组成。上下水平隔流板四个角落均有便于连结固定的扣件孔道，使两个或多个所述的风力发电装置均可以多点无缝接合，从而因应实际使用情况而变化出不同的组合方式。

所述风力发电装置可以固定比例制作不同大小，并以固定比例增加相应数量的扣件孔道，故此即使是不同大小的风力发电装置，也能自由组合安装。所述风力发电装置自由组合阵列后，可以布置于各种现存风力发电装置难以有效使用的场所，充分利用各大小风区的风能。

所述风力发电装置使用规则多边形制作，故此相对现存多种以垂直轴安装的风力发电装置，本实用新型提及的风力发电装置更能稳定地安装在各种地表及建筑物上，也可以倒悬在建筑物悬空处、或固定于建筑物的外墙上。

所述的风力发电装置包含安全栅格装置(110)，安全栅格能阻止风力发电装置运作期间将伴随来流的异物或生物隔绝在风力发电装置之外，避免风力发电装置运作时对周边生物造成伤害，同时在不对风力发电装置效能造成重大影响的情况下，将可能导致风力发电装置运作受阻的异物排除在装置之外，一定程度上保证了所述风力发电装置的运作稳定性。

所述风力发电装置的漩涡状导流板组合(104)，作用将其所处水平上任何进入的来流均能被引导往风力发电装置的内腔，进而驱动漩涡状导流板组合内的中空无轴轮叶(107)转动而发电。漩涡状导流板组合的设计使风力发电装置无需通过任何变形或移动追踪来流，也无需因为来流风向改变而切换导流板的角度。

所述风力发电装置的漩涡状导流板组合(104)，其每片导流板均从装置中心朝外辐射等距安装，装置导流板数量为3块或以上。每块导流板按照自组合的中心以顺时针或逆时针的漩涡状弯曲，组合后的漩涡状导流板组合成中空漩涡状构造，使多方向来流往中心空间集中。并有利于来流在所述风力发电装置内腔形成涡流，辅助带动中心的中空无轴轮叶转动。

基于所述风力发电装置的漩涡状导流板组合的中空漩涡状构造，在已知方向的来流下，来流上游处即漩涡状导流板组合的外部断面积往其中心内腔处渐小，来流在此部分被增压加速流向内腔；当来流通过漩涡状导流板组合并驱动内腔的中空无轴轮叶后，来流流向下游部分，此处的漩涡状导流板组合的断面积往下游更远处渐大，因而能形成负压区，牵引来流流出风力发电装置。

基于所述风力发电装置的漩涡状导流板组合的中空漩涡状构造，在已知方向的来流下，当来流驱动中空无轴轮叶转动时，可以将能对中空无轴轮叶产生逆风阻力的来流屏蔽或导引到中空无轴轮叶轮叶的凹位处，从而有利中空无轴轮叶转动并防止来流对中空无轴轮叶的转动产生逆风阻力。

所述的风力发电装置中的中空无轴轮叶及上下发电单元，其特征为：中空无轴轮叶(107)夹於位于其上方的发电单元(105)及其下方的发电单元(106)中间，三者构成一体。中空无轴轮叶上方的发电单元(105)的底盘从垂直高度较低的中心向垂直高度较高的边缘呈放射状倾斜，位于中空无轴轮叶下方的发电单元(106)的顶盘从垂直高度较高的中心向垂直高度较低的边缘呈放射状倾斜，形成上下发电单元及中空无轴轮叶内空间成沙漏状，使中心的中空无轴轮叶内部不容易积存异物。该沙漏状设计可以使中空无轴轮叶上部不容易冻结出冰柱，使其下部不容易积存砂石或小型异物，更大程度提升风力发电装置运作的稳定性和效能。

所述的风力发电装置中的上下发电单元，内部含多个永磁块，以圆周排列；上下发电单元嵌套于上下隔流板装置中，上下隔流板与上下发电单元的接合处具有多组发电轮圈，以圆周排列，每双数个轮圈为一组，全部连接到集成计算器中。上下发电单元均有一个插接于其接合之隔流板装置的支撑轴，支撑轴接合上下隔流板的位置有转速感应件，将转速传到集成计算器。当所述风力发电装置处于无风状态时，发电单元无工作，故无转速，集成计算器感应到无转速或低于最低启动所需转速时，发电轮圈处于关闭状态，使中空无轴轮叶轮叶及发电单元处于无荷载状态。当中空无轴轮叶轮叶及发电单元转速达到额定要求时，集成计算器获取信号，开始开启相应数量的发电轮圈，使风力发电装置开始发电。随着风速增强至不同程度，中空无轴轮叶轮叶及发电单元的转速也会有不同变化，集成计算器监测该变化而启动相应数量的发电轮圈至满负载为止。

附图说明

图1为本实用新型的组合立体示意图(省略正前方的可透风栅格装置)。

图2为本实用新型的平面俯瞰示意图(不含上隔流板)。

图3为本实用新型的拆解立体示意图。

图4为本实用新型实施例一中外界风力通过导流板组合驱动中空无轴轮叶动作示意图。

图5为本实用新型实施例二中多个装置组成整列的立体示意图。

图6习知风力发电装置示意图。

具体实施方式

本实用新型所述的风力发电装置，可单独工作或串联工作。

参考图4，在已知方向的来流下，本实用新型所述的风力发电装置单独工作时，来流经过可透风安全栅格装置(110)将伴随来流的异物或生物隔绝在风力发电装置之外，来流进入水平隔流板装置C区时(101,102,103)，该装置产生第一道导流作用，避免来流往风力发电装置的上下方扩散；来流进入漩涡状导流板组合(104)的导流板后，从上游往内腔增压及加速，同时在来流下游即A区的空间形成负压；加速后的来流驱动中空无轴轮叶(107)顺风一边转动，转动时驱动中空无轴轮叶上下两个发电单元发电；来流驱动中空无轴轮叶发电后，穿过该轮叶的中空空间进入下游转动轮叶，实现二次驱动，其后进入下游的漩涡状导流板，受下游导流板内负压区牵引后流出风力发电装置。

参考图4，在已知方向的来流下，当来流进入水平隔流板装置(101,102,103)及漩涡状导流板组合(104)的B区时，部分来流会被屏蔽而无法经过漩涡状导流板组合进入其内腔中的中空无轴轮叶，而部分来流则经过漩涡状导流板组合的折射后增压流入其内腔处，作为辅助驱动中空无轴轮叶的动力。

参考图4，在已知方向的来流下，当来流进入水平隔流板装置(101,102,103)及漩涡状导流板组合(104)的D区时，来流会漩涡状导流板组合的折射后增压流入其内腔处，作为辅助驱动中空无轴轮叶的动力。换言之，整个风力发电装置任何迎风一面的表面积当中，都有多于一半至四分三的部分能吸收来流风能。

参考图4，在已知方向的来流下，当来流打到中空无轴轮叶的轮叶凹位处(或顺风一边)时，推动轮叶后的来流一部分会随着推送中空无轴轮叶转动后从A区直接流出，一部分则会在推动轮叶时散射到中空无轴轮叶的中空部分即D区，散射到D区的来流因中空无轴轮叶轮叶的中空设计，故可以穿过中控区域D到达中空无轴轮叶的来流下游处，从而对中空无轴轮叶实施二次驱动。小部分来流会会同B区和D区的来流散射，在中空无轴轮叶的中空部分形成涡流，加强牵扯来流自上流进入及逃入下流。

参考图1，当所述风力发电装置单独运作时，其所有垂直外部立面均可以装配可透风安全栅格装置，以抵挡外来异物。当所述风力发电装置阵列运作时，各装置的接合面上的可透风安全栅格装置可以拆卸，从而更有利来流通过，并降低阵列安装时整批风力发电装置的安装及购买成本。

参考图2及图3，所述的风力发电装置中的上下发电单元，内部含多个永磁块，以圆周排列；上下发电单元嵌套于上下隔流板装置中，上下隔流板与上下发电单元的接合处具有多组发电轮圈，以圆周排列，每双数个轮圈为一组，全部连接到集成计算器中。上下发电单元均有一个插接于其接合之隔流板装置的支撑轴，支撑轴接合上下隔流板的位置有转速感应件，将转速传到集成计算器。当所述风力发电装置处于无风状态时，发电单元无工作，故无转速，集成计算器感应到无转速或低于最低启动所需转速时，发电轮圈处于关闭状态，使中空无轴轮叶轮叶及发电单元处于无荷载状态。当中空无轴轮叶轮叶及发电单元转速达到额定要求时，集成计算器获取信号，开始开启相应数量的发电轮圈，使风力发电装置开始发电。随着风速增强至不同程度，中空无轴轮叶轮叶及发电单元的转速也会有不同变化，集成计算器监测该变化而启动相应数量的发电轮圈至满负载为止。如遇上强风或台风，引致中空无轴轮叶及上下发电单元失速到额定阀值，或使输出电压达到额定阀值时，集成计算器启动控制电机，控制电机为步进驱动器，按集成计算器指令逐步扭动每块漩涡状导流板统一转向，收窄漩涡状导流板组合的入风角度，调控来流进入风力发电装置的风速，直至发电单元的转速及输出电压回复到可接受水平为止，否则将一直扭动旋涡状导流板至完全闭合无法进风，以达到控制发电装置安全发电的目的。

参考图5，多个所述的风力发电装置能以多个方式阵列组装。所述的风力发电装置为规则多边形结构，可以多种方式水平及垂直贴合，使之能因应不同环境组合安装；整个装置的外框是由上下两块水平隔流板(101,103)加上垂直支撑条(102)组成。上下水平隔流板四个角落均有便于连结固定的扣件孔道，使两个或多个所述的风力发电装置均可以多点无缝接合，从而因应实际使用情况而变化出不同的组合方式。图中A位置所示为垂直阵列组合方式，适用于垂直狭长的风区。B位置所示为挂接方式，适用于将风力发电装置挂接于建筑物外墙或不适合直立地表安装的场合。C位置所示为典型的水平阵列方式，可以左右阵列或前后阵列，或混合方式阵列，以适应安装所在地的风区特性及地形特性。

参考图5，多个所述的风力发电装置阵列组装时，单独之间发电输出可以串联或并联输出，加强输出到电网的电压和电量。阵列组装时每个单独的风力发电装置仍由其集成计算器控制发电轮圈的开合和漩涡状导流板组合的扭转角度，以便每个风力发电装置能因应实际使用情况作出调整最佳的工作状态。

Claims (11)

1.一种全方位导流无轴风力发电装置，其特征在于：包含一个以中心点向外辐射安装的漩涡状中空无轴轮叶(107)、一组围绕该轮叶安装的漩涡状导流板组合(104)、一组作为该导流板组合支撑的水平隔流板装置(101，102，103)、一个位于中空无轴轮叶的上方的发电单元(105)、一个位于中空无轴轮叶下方的发电单元(106)、数个单独对漩涡状导流板组合内每块导流板进行转向的控制电机(108)、一个根据风速及发电单元电压变化而自协调控制电机转向的集成计算器(109)、数个围绕水平隔流板装置安装的可透风安全栅格装置(110)。

2.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征在于：风力发电装置为规则多边形结构，可以多种方式水平及垂直贴合，使之能因应不同环境组合安装；运作期间，可透风安全栅格装置(110)将伴随来流的异物或生物隔绝在全方位导流无轴风力发电装置之外，来流进入水平隔流板装置(101,102,103)，该装置产生第一道导流作用，避免来流往全方位导流无轴风力发电装置的上下方扩散；来流进入漩涡状导流板组合的导流板后，从上游往内腔增压及加速，同时在来流下游的空间形成负压；加速后的来流驱动中空无轴轮叶(107)顺风一边转动，转动时驱动中空无轴轮叶上下两个发电单元发电；来流驱动中空无轴轮叶发电后，穿过该轮叶的中空空间进入下游转动轮叶，实现二次驱动，其后进入下游的漩涡状导流板，受下游导流板内负压区牵引后流出全方位导流无轴风力发电装置。

3.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：中空无轴轮叶(107)夹於位于其上方的发电单元(105)及其下方的发电单元(106)中间，三者构成一体，中空无轴轮叶上方的发电单元(105)的底盘从垂直高度较低的中心向垂直高度较高的边缘呈放射状倾斜，位于中空无轴轮叶下方的发电单元(106)的顶盘从垂直高度较高的中心向垂直高度较低的边缘呈放射状倾斜，形成上下发电单元及中空无轴轮叶内空间成沙漏状，使中心的中空无轴轮叶内部不容易积存异物。

4.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征在于：中空无轴设计，只有顶部及底部中心支点，该设计使来流吹向所述轮叶的任何一面时，均因无轴设计而可顺利通过轮叶的中心空间对下游轮叶进行二次驱动。

5.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征在于：从装置中心朝外辐射安装，装置导流板数量为3块或以上，每块导流板按照自组合的中心以顺时针或逆时针的漩涡状弯曲，使多方向来流往中心空间集中。

6.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：运作时均会在来流上游形成增压，同时在来流下游位置形成负压，牵引来流不断加速流过，来流经倾斜导流板导向并驱动中空无轴轮叶转动，轮叶转动时，逆风一边的轮叶因导流板而屏蔽逆风来流。

7.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：阻隔来流当中的异物，使全方位导流无轴风力发电装置运作时不影响外部环境。

8.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：采用可阵列安装的规则多边形结构，多个全方位导流无轴风力发电装置可以多种方式水平及垂直贴合，组合后可以串联加压发电，对应不同的安装环境组合全方位导流无轴风力发电装置阵列。

9.根据权利要求1所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：装置所有可动部分与外界隔离，而且无需以额外装置追踪来流，来流通过漩涡状导流板组合(104)及作为该导流板组合支撑的水平隔流板装置(101，102，103)进行集中增压及汇流，从而驱动中空无轴轮叶旋转发电。

10.根据权利要求3所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：中空无轴轮叶以中心点往外辐射成漩涡状，由3块或以上的曲面或折角叶片组成，叶片弯折方式基于上述的漩涡状角度，并以中心点往外辐射成漩涡状等距安装，固定于上下圆盘之间，叶片凹位为粗糙表面处理，以增加受风面积。

11.根据权利要求5所述的全方位导流无轴风力发电装置，其特征为：漩涡状导流板组合以中心点往外辐射成漩涡状，由3块或以上的曲面或折角导流板组成，从装置中心朝外辐射安装，每块导流板带中心轴，垂直置于水平隔流板装置(101，102，103)之中，每块导流板的中心轴均连接控制电机，多个电机由自协调控制电机转向的集成计算器控制，当发电装置输出电压或发电装置速度达到某一峰值时，集成计算器驱动电机，转动导流板调整角度，从而控制来流进入速度或避免因强风而失速。